Сидни Фейт - TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

7. Принимающее приложение опять читает 1 байт и отправляет ACK, и весь процесс повторяется.

Медленное принимающее приложение долго ожидает поступления данных и постоянно подталкивает полученную информацию к левому краю окна, выполняя совершенно бесполезную операцию, порождающую дополнительный трафик в сети.

Реальные ситуации, конечно, не столь экстремальны. Быстрый отправитель и медленный получатель будут обмениваться небольшими (относительно максимального размера сегмента) кусками данных и переключаться по почти заполненному приемному окну. На рис. 10.18 показаны условия для появления синдрома "бестолкового окна".

Рис. 10.18.Буфер приемного окно с очень малым размером свободного пространства

Решить эту проблему несложно. Как только приемное окно сокращается на длину, меньшую чем данный целевой размер, TCP начинает обманывать отправителя. В этой ситуации TCP не должен указывать отправителю на дополнительное пространство в окне, когда принимающее приложение читает данные из буфера небольшими порциями. Вместо этого нужно держать освобождающиеся ресурсы в секрете от отправителя до тех пор, пока их не будет достаточное количество. Рекомендуется размер в один сегмент, кроме случаев, когда весь входной буфер хранит единственный сегмент (в последнем случае используется размер, равный половине буфера). Целевой размер, о котором должен сообщать TCP, можно выразить как:

minimum(1/2 входного буфера, Максимальный размер сегмента)

TCP начинает обманывать, когда размер окна станет меньше этого размера, и скажет правду, когда размер окна не меньше, чем получаемая по формуле величина. Отметим, что для отправителя нет никакого ущерба, поскольку принимающее приложение все равно не смогло бы обработать большую часть данных, которых оно ожидает.

Предложенное решение легко проверить в рассмотренном выше случае с выводом ACK для каждого из полученных байтов. Этот же способ пригоден и для случая, когда входной буфер может хранить несколько сегментов (как часто бывает на практике). Быстрый отправитель заполнит входной буфер, но приемник укажет, что не имеет свободного места для размещения информации, и не откроет этот ресурс, пока его размер не достигнет целого сегмента.

Отправитель должен независимо от получателя исключить пересылку очень коротких сегментов, аккумулируя данные перед отправлением. Алгоритм Нейгла (Nagle) реализует очень простую идею, позволяющую снизить количество пересылаемых по сети коротких датаграмм.

Алгоритм рекомендует задержать пересылку данных (и их выталкивание) на время ожидания ACK от ранее переданных данных. Аккумулируемые данные пересылаются после получения ACK на ранее отправленную порцию информации, либо после получения для отправки данных в размере полного сегмента или по завершении тайм-аута. Этот алгоритм не следует применять для приложений реального времени, которые должны отправлять данные как можно быстрее.

Еще одним механизмом повышения производительности является способ задержки ACK. Сокращение числа ACK снижает полосу пропускания, которую можно использовать для пересылки другого трафика. Если партнер по TCP чуть задержит отправку ACK, то:

■ Можно подтвердить прием нескольких сегментов одним ACK.

■ Принимающее приложение способно получить некоторый объем данных в пределах интервала тайм-аута, т.е. в ACK может попасть выходной заголовок, и не потребуется формирование отдельного сообщения.

С целью исключения задержек при пересылке потока полноразмерных сегментов (например, при обмене файлами), ACK должен отсылаться, по крайней мере, для каждого второго полного сегмента.

Многие реализации используют тайм-аут в 200 мс. Но задержанный ACK не снижает скорость обмена. При поступлении короткого сегмента во входном буфере остается еще достаточно свободного места для получения новых данных, а отправитель может продолжить пересылку (кроме того, повторная пересылка обычно выполняется гораздо медленнее). Если же поступает целый сегмент, нужно в ту же секунду ответить на него сообщением ACK.

После отправки сегмента TCP устанавливает таймер и отслеживает поступление ACK. Если ACK не получен в течение периода тайм-аута, TCP выполняет повторную пересылку сегмента (ретрансляцию). Однако каким должен быть период тайм-аута?

Если он слишком короткий, отправитель заполнит сеть пересылкой ненужных сегментов, дублирующих уже отправленную информацию. Слишком же большой тайм-аут будет препятствовать быстрому исправлению действительно разрушенных при пересылке сегментов, что снизит пропускную способность.

Как выбрать правильный промежуток для тайм-аута? Значение, пригодное для высокоскоростной локальной сети, не подойдет для удаленного соединения со множеством попаданий. Значит, принцип "одно значение для любых условий" явно непригоден. Более того, даже для существующего конкретного соединения могут измениться сетевые условия, а задержки — увеличиться или снизиться.

Алгоритмы Джекобсона, Керна и Партриджа (описанные в статьях Congestion Avoidance and Control , Van Jacobson, и Improving Round-Trip Time Estimates in Reliable Transport Protocols , Karn и Partridge) позволяют адаптировать TCP к изменению сетевых условий. Эти алгоритмы рекомендованы к использованию в новых реализациях. Мы кратко рассмотрим их ниже.

Здравый смысл подсказывает, что наилучшей основой оценки правильного времени тайм-аута для конкретного соединения может быть отслеживание времени цикла (round-trip time) как промежутка между отправкой данных и получением подтверждения об их приеме.

Хорошие решения для следующих величин можно получить на основе элементарных статистических сведений (см. рис. 10.19), которые помогут вычислить время тайм-аута. Однако не нужно полагаться на усредненные величины, поскольку более половины оценок будет больше, чем среднестатистическая величина. Рассмотрев пару отклонений, можно получить более правильные оценки, учитывающие нормальное распределение и снижающие слишком долгое время ожидания повторной пересылки.

Рис. 10.19.Распределение значений времени цикла

Нет необходимости в большом объеме вычислений для получения формальных математических оценок отклонений. Можно использовать достаточно грубые оценки на основе абсолютной величины разницы между последним значением и среднестатистической оценкой: